รังสีอัตราไวโอเลต(UV)

              รังสีอัตราไวโอเลต คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่าแสงคือมีความถี่อยู่ในช่วง  ถึง เฮิรตซ์เรียกว่า รังสีอัลตราไวโอเลต หรือ รังสีเหนือม่วง รังสีอัตราไวโอเลตที่มีในธรรมชาติ ส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์ และรังสีนี้ทำให้บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์มีประจุอิสระและไอออน  เพราะรังสีอัลตราไวโอเลตมีพลังงานสูงพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากโมเลกุลของอากาศ พบว่าในไอโอโนสเฟียร์มีโมเลกุลหลายชนิด เช่น โอโซนซึ่งสามารถกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตได้ดีตามปกติรังสีอัตราไวโอเลตไม่สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่หนาได้ แต่สามารถฆ่าเชื้อโรคบางชนิดได้ ในวงการแพทย์จึงใช้รังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณพอเหมาะรักษาโรคผิวหนังบางชนิด แต่ถ้ารังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ส่งลงมาถึงพื้นโลกในประเทศใดมากเกินไป ประชากรจำนวนมากในประเทศนั้นอาจเป็นมะเร็งผิวหนังได้ เพราะได้รับรังสีในปริมาณมากเกินควร
              เราสามารถสร้างรังสีอัลตราไวโอเลตได้โดยการผ่านกระแสไฟฟ้าไปในหลอดที่บรรจุไอปรอท อะตอมปรอทจะรับพลังงานจากอิเล็กตรอนในกระแสไฟฟ้า แล้วปลดปล่อยรังสีอัตราไวโอเลตออกมาพร้อมกับให้แสงสีม่วงจางด้วย รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถทะลุผ่านแก้วได้บ้างเล็กน้อย แต่ผ่านควอตซ์ได้ดี ดังนั้นหลอดผลิตรังสีอัลตราไวโอเลตจึงทำด้วยควอตซ์ในหลอดฟลูออเรสเซนซ์ที่มีไอปรอทบรรจุอยู่ภายใน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านจะมีรังสีอัลตราไวโอเลตเกิดขึ้น แต่เมื่อแสงต้องการคือแสงขาว ดังนั้นจึงฉาบสารวาวแสงไว้ที่ผิวในของหลอด เมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตกระทบสารวาวแสงก็จะถ่ายโอนพลังงานให้ และสารวาวแสงจะแผ่แสงสว่างออกมาอีกทอดหนึ่ง ส่วนรังสีอัลตราไวโอเลตจะถูกแก้วสกัดกั้นไม่ให้แผ่ออกมานอกหลอด นอกจากนี้การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าก็สามารถทำให้เกิดรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความเข้มสูงในปริมาณในเป็นอันตรายต่อนัยน์ตาได้ จึงจำเป็นต้องสวมแว่นสำหรับป้องกันโดยเฉพาะ

ภาพถ่ายจากย่านรังสีอัลตราไวโอเลต
ที่มาภาพ : http://www.thaispaceweather.com/October07.html

การค้นพบ
              หลังจากที่รังสีอินฟราเรดถูกค้นพบ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ โยฮันน์ วิลเฮล์ม ริตเตอร์ (Johann Wilhelm Ritter) ได้ทดลองค้นหารังสีที่อยู่ตรงข้ามกับรังสีอินฟราเรด นั่นคือ รังสีอินฟราเรดมีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีแดง แต่ริตเตอร์ต้องการจะหารังสีชนิดหนึ่งที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าสีม่วง เขาได้ใช้กระดาษอาบซิลเวอร์คลอไรด์วางไว้กลางแดด พบว่ากระดาษนั้นเปลี่ยนเป็นสีดำ ริตเตอร์เรียกรังสีนี้ว่า deoxidizing rays ต่อมาก็เปลี่ยนชื่อเป็นยูวีดังเช่นในปัจจุบัน

บทบาทของรังสีอัลตราไวโอเลต

              รังสีดวงอาทิตย์มีบทบาทสำคัญต่อธรรมชาติเพราะว่าก่อให้เกิดภูมิอากาศของโลกและมีอิทธิพลต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่ง สเปคตรัมของดวงอาทิตย์ช่วงอัลตราไวโอเลตมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีววิทยาหลายประการ แต่ก็มีอันตรายหากได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณที่มากเกินไปเช่นความสามารถในการปรับและป้องกันตัวของสิ่งมีชีวิตบางชนิด รวมทั้งมนุษย์จะเสื่อมถอยลงและจะเป็นอันตรายขั้นรุนแรงต่อไปโดยเฉพาะผิวหนังและตา ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความเข้มสูงจึงควรมีวิธีป้องกันและจำกัดการรับรังสีดวงอาทิตย์  

ชนิดรังสีอัลตราไวโอเลต

              UVC (100-280nm) สามารถทำลายเนื้อเยื่อและทำให้เกิดมะเร็งที่ผิวหนังได้ เป็นรังสีที่เป็นอันตรายต่อผิวหนังมาก แต่รังสีนี้ถูกกรองกั้น โดยชั้นบรรยากาศไว้ได้ทั้งหมด จึงแทบไม่มี หลุดลอดมายัง โลกเลย
              UVB (280-315nm) มีอยู่ประมาณ 18% ของรังสี UV ที่ส่องมายังโลก ซึ่งเป็นรังสีที่มีพลังงานมาก โดยจะเห็นได้จากการ ที่รังสีนี้เป็นตัวการทำให้ผิวหนังมีอาการไหม้ ร้อนแดง และยังส่งผลให้มีการสร้างเมลานินเพิ่มมากขึ้นจึงทำให้ผิดหนังเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลแดง
              UVA (315-400nm) มีอยู่ประมาณ 75% ของรังสี UV ที่ส่องมายังโลก โดยที่จะมีพลังงานต่ำกว่า UVB จึงไม่ทำให้เกิดอาการร้อนแดง หรือว่าการไหม้ แต่จะแทรกลงไปในชั้นผิวหนัง และก็ทำลายสารองค์ประกอบ ของผิวหนัง ทำให้เกิดการ Photo aging หรืออาการจาก UV ที่ทำอันตรายต่อ DNA โปรตีน และไขมันซึ่งเป็นเสมือนเกราะป้องกันผิวหนัง ซึ่งผลของมันก็คือ ทำให้เกิดริ้วรอยเหี่ยวย่นและฝ้าตามใบหน้าและร่างกาย

ผลกระทบจากรังสีอัลตราไวโอเลต

              สามารถแบ่งประเภทผลกระทบได้ 3 ประเภท คือ
              1. ผลกระทบต่อมนุษย์
              รังสีอัลตราไวโอเลต มีทั้งคุณและโทษต่อสุขภาพมนุษย์ คุณประโยชน์ของรังสีอัลตราไวโอเลตคือ ช่วยสังเคราะห์วิตามิน D ที่ผิวหนังมนุษย์และสัตว์และมีส่วนสำคัญในการสร้างเสริมเนื้อเยื่อกระดูก ส่วนผลกระทบที่เป็นโทษของรังสีอัลตราไวโอเลต คือ ผิวหนังเกรียม กระจกตาอักเสบ (snow blindness) ต้อกระจก ผิวหนังเหี่ยวย่น และมะเร็งผิวหนัง เราสามารถแบ่งผลกระทบออกเป็น 4 ส่วนดังนี้
                          1. ผลกระทบต่อดวงตา
                           ตาของมนุษย์ไม่เพียงแต่ได้รับแสงที่ส่งมาจากดวงอาทิตย์โดยตรงเท่านั้น แต่ยังได้รับแสงจากการตก กระทบภายใต้มุมที่เฉียงมากๆอีกด้วย ดังนั้นหากตาได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตโดยที่ไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน ก็จะเป็นอันตรายต่อดวงตา โดยผลกระทบระยะสั้นที่เกิดขึ้นคือ กระจกตาอักเสบ และผลกระทบระยะยาวเช่น ต้อเนื้อ ต้อลมหรือ ต้อกระจก
                            2. การยับยั้งภูมิคุ้มกันร่างกาย
                           ระบบภูมิคุ้มกัน ทำหน้าที่ป้องกันร่างกายไม่ให้เกิดโรคติดต่อ และมะเร็งบางชนิด โดยมีกลไกสำคัญ 2 ข้อ คือ
                           - Antibody สามารถแก้พิษ ทำลายจุลินทรีย์ ป้องกันการติดเชื้อ และกำจัดสิ่งแปลกปลอมที่เข้ามาสู่ร่างกาย
                           - Lymphocyte เป็นสื่อที่นำไปสู่การผลิต cytokines ซึ่งกระตุ้นเซลล์อื่นๆของระบบเม็ดเลือดขาวเพื่อทำลายเชื้อโรค ไวรัส และเซลล์มะเร็งบางชนิด รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถเปลี่ยนแปลงระบบภูมิคุ้มกันบริเวณตำแหน่งที่ได้รับรังสี โดยยับยั้งภูมิคุ้มกันและมีบทบาทในการก่อให้เกิดโรคมะเร็งทั้งชนิด Melanoma และ non-melanoma โรคติดเชื้อ autoimmunity และภูมิแพ้
                            3. มะเร็งผิวหนัง
                            รังสีอัลตราไวโอเลต จะทำลาย DNA (genotoxic) เป็นสาเหตุให้เกิดมะเร็งผิวหนัง ซึ่งมี 2 ประเภทคือ
                           - มะเร็งผิวหนังชนิด Non-melanoma (NMSC)
                           - มะเร็งผิวหนังชนิด Melanoma หรือ cutaneous malignant melanoma (CMM) 
                            4. การติดเชื้อ
                            รังสีอัลตราไวโอเลต มีผลกระทบต่อเชื้อโรคที่เข้าสู่ร่างกาย โดยการเปลี่ยนแปลงกลไกการป้องกันการติดเชื้อหรือโดยการกระตุ้นการติดเชื้อโดยตรง เช่น การติดเชื้อจากปรสิต เนื่องจาก UV-B อันเนื่องมาจาก การถูกยับยั้งภูมิคุ้มกันร่างกาย

              2. ผลกระทบต่อพืช
                            รังสีอัลตราไวโอเลตที่เพิ่มขึ้นมีผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อมต่อพืช เช่น ยับยั้งกระบวนการสังเคราะห์แสง ทำลาย DNA และเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบในพืช ทำให้ลักษณะทางกายภาพ และขบวนการเจริญเติบโตของพืช เปลี่ยนแปลงไป นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงมวลชีวภาพและผลิตผลลดลง ถึงแม้ว่าจะมีกลไกที่ลดหรือซ่อมแซมและความสามารถในการปรับตัวต่อการเพิ่มระดับของ UV ที่จำกัด ทำให้การเจริญเติบโตของพืชได้รับผลกระทบโดยตรงจากรังสี UV-B การเปลี่ยนแปลงทางอ้อมที่เกิดจาก UVB (เช่น การเปลี่ยนรูปร่างของพืช) อาจสำคัญเท่าๆกันหรือบางครั้งก็มากกว่าผลกระทบในการทำลายของ UVB การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสำคัญต่อพืชที่มีการแข่งขันกันอย่างสมดุล สัตว์ที่กินพืช โรคพืช และวัฏจักร biogeochemical

              3. ผลกระทบต่อวัสดุสิ่งก่อสร้าง
                            Polymer สังเคราะห์, biopolymer และวัตถุบางอย่างที่มีประโยชน์ทางพาณิชย์ถูกกระทบโดยรังสีอัลตราไวโอเลตที่มาจากแสงอาทิตย์ รังสีอัลตราไวโอเลตทำให้วัสดุต่างๆมีสีซีดลง เนื่องจากปฏิกิริยาแสงทำให้วัสดุเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีไป ไม้ และกระดาษจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองซีดเมื่อได้รับรังสีอัลตราไวโอเลต ปัจจุบันนี้ วัสดุค่อนข้างจะถูกออกแบบให้ป้องกันรังสี UV ได้โดยการเพิ่มคุณสมบัติพิเศษ ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของระดับ UV จะทำให้เกิดการเปราะพังของวัสดุเร็วขึ้น

ข้อกำหนดของการรับรังสีและมาตรการการป้องกัน
              มีข้อกำหนดไว้สำหรับผู้ที่มีโอกาสได้รับรังสี UV เป็นประจำได้ปฏิบัติ เพื่อหลีกเลี่ยงจากผลกระทบของรังสีนี้และข้อกำหนดนี้ยังมีจุดประสงค์สำหรับใช้ในการหาค่าความเป็นไปได้ของอันตรายที่จะ เกิดขึ้นจากการได้รับรังสีจากแสงแดด ประกายไฟ ก๊าซ และไอเสีย หลอดพลูโอเรสเซ็นต์ และแหล่ง กำเนิดไฟที่ลุกไหม้ ซึ่งไม่รวมถึงในคนที่มีปฏิกิริยาไวต่อแสง หรือเด็กทารก มาตรการการป้องกันได้เสนอแนะดังนี้
              - ควรใช้ฉากกั้นแสง ซึ่งมีประสิทธิภาพในการป้องกันรังสีทั้ง UVA และ UVB เพื่อลดการถูกแสงแดด มิใช่เพื่อให้สามารถรับแสงแดดได้นานขึ้น
              - ประชาชนควรรู้จักระวังตนเองต่อการรับรังสี UV มากขึ้น และการใช้วิธีป้องกันที่เหมาะสม รวมทั้งการหลบแดดในเวลาเที่ยงวัน เนื่องจากเวลาดังกล่าวแสงแดดจะมี ระดับของรังสี UV สูงสุด ฉะนั้นจึงควรสวมหมวกปีกกว้าง ใส่เสื้อผ้าให้มิดชิด และ แว่นตากันแดดที่ดูดซับรังสี UV ได้
              - การป้องกันในเด็กเล็กที่สำคัญอย่างยิ่ง คือ การป้องกันผลระยะยาวที่จะเกิดตามมา
              - ต้องเปลี่ยนแปลงพฤติกรรม เพื่อป้องกันการได้รับรังสี UV จากแสงแดดที่เพิ่มขึ้น

ขอบคุณที่มา
    http://ozone.tmd.go.th/uvaffect.htm
    https://sites.google.com/site/fisiksthudey/-rangsi-xaltrawixolet
    http://www.bloggang.com/viewdiary.php?id=anak-nnn&month=03-2007&date=13&group=3&gblog=1